KR20170132383A - 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법 및 에이엠아이 시뮬레이터 - Google Patents
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Abstract
주거 유형에 따른 유무선 복합 통신 방식을 갖는 AMI NAN(AMI 가입자망이라고도 함) 구간에서 AMI의 성능을 평가하기 위한 방법 및 이를 수행할 수 있는 에이엠아이 시뮬레이터를 제공함에 그 목적이 있다. 제시된 방법은 에이엠아이 시뮬레이터가 유선 및 무선 통신을 복합적으로 사용하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가를 수행하는 방법으로서, 성능 평가를 진행할 에이엠아이 환경을 구성하고 이에 따른 시뮬레이터 환경 설정을 하여 시뮬레이션을 시작하는 단계, 시뮬레이션이 시작됨에 따라 검침 메시지 출력 변수 및 검침 성공률을 확인하면서 시뮬레이션을 진행하는 단계, 및 시뮬레이션이 완료되면 시뮬레이션 결과를 분석하여 성능 평가를 진행하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법 및에이엠아이 시뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트그리드의 주요 분야 중의 하나인 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 분야에서 AMI를 구성하기 위한 통신망 중 수용가와 연결되는 AMI NAN(Neighborhood Area Network)구간에서 AMI 통신 성능을 평가하는 방법 및 이를 수행할 수 있는 에이엠아이 시뮬레이터에 관한 것이다.
종래, AMI NAN구간은 도 1에서와 같이 기본적으로 AMI 통신 장치를 내장 또는 외장한 수용가 전력량계(이하 AMI 노드로 지칭)와 AMI NAN구간에서 검침정보를 수집하는 DCU(Data Concentrator Unit)으로 구성된다. 필요에 따라 통신 영역을 확장하기 위한 중계기 장치가 추가로 구성될 수 있다.
이러한 종래의 AMI NAN 통신은 한가지 방식의 통신 기술에 기반하여 구성된다.
AMI NAN 환경은 주택, 상가, 농어촌, 공장, 아파트와 같은 공동주택 형태 등 다양한 수용가 유형을 갖고 있으므로, 단일 통신 방식만으로는 안정적이고 경제적인 AMI NAN 구성에 어려움을 겪고 있다.
기존의 단일 통신 AMI, 특히 PLC 통신 방식의 AMI NAN을 구축할 경우 주거 환경 및 AMI 구축 방식에 따른 사전 AMI 성능 평가 과정이 없었던 관계로 선 구축, 후 현장 성능 보완 과정을 수행함에 따라 AMI NAN 구축에 따른 비용이 증가하고, 정량적인 AMI NAN 성능 관리가 어려웠다.
유선 및 무선 통신을 복합적으로 사용하는 복합 통신 방식을 주거 유형에 따라서 적절하게 구성할 경우 AMI 통신 성능 및 구성 비용 등에서 개선 효과가 기대될 것이다. 복합 통신 방식을 적용할 경우 거리, 수용가 밀집도 및 수용가 유형 등에 따라서 유무선 통신 성능에 영향을 주게 된다. 따라서, 유무선 복합 통신 방식의 AMI NAN에서 현장 환경에 따른 AMI 성능을 평가하기 위한 체계적인 방법이 필요하다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 주거 유형에 따른 유무선 복합 통신 방식을 갖는 AMI NAN(AMI 가입자망이라고도 함) 구간에서 AMI의 성능을 평가하기 위한 방법 및 이를 수행할 수 있는 에이엠아이 시뮬레이터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법은, 에이엠아이 시뮬레이터가, 유선 및 무선 통신을 복합적으로 사용하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가를 수행하는 방법으로서,
상기 성능 평가를 진행할 에이엠아이 환경을 구성하고 이에 따른 시뮬레이터 환경 설정을 하여 시뮬레이션을 시작하는 단계; 상기 시뮬레이션이 시작됨에 따라 검침 메시지 출력 변수 및 검침 성공률을 확인하면서 시뮬레이션을 진행하는 단계; 및 상기 시뮬레이션이 완료되면 시뮬레이션 결과를 분석하여 성능 평가를 진행하는 단계;를 포함한다.
상기 검침 메시지 출력 변수는, 에이엠아이 노드에서 생성한 검침 메시지가 디씨유까지 라우팅 테이블에 따라 전송되는 경로와 시간, 전송 실패와 그에 따른 재전송 횟수를 포함할 수 있다.
상기 검침 성공률은 상기 디씨유에서 수집된 메시지의 검침 성공률을 의미하고, 상기 검침 성공률은 월간 단위 수용가 전력사용량 검침 성공률을 의미하는 정기 검침 성공률, 수용가의 전력 사용 정보에 대한 하루 단위 검침 성공률을 의미하는 일일 검침 성공률, 및 소정 시간 단위로 수집되는 수용가 검침 정보에 대한 검침 성공률을 의미하는 적시 검침 성공률을 포함할 수 있다.
상기 시뮬레이션을 진행하는 단계는, 라우팅 테이블에 따른 검침 메시지 전송 모의를 하여 시뮬레이션중 검침 메시지 전송 실패 기록을 확인하는 단계; 및 검침 메시지를 수집하여 시뮬레이션중 검침 메시지 전송 실패 기록 확인 및 에이엠아이 노드별, 가입자망에서의 검침 성공률을 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 성능 평가를 진행하는 단계는, 검침 메시지 전송 실패 기록, 검침 메시지 디씨유 수집 기록, 에이엠아이 노드별, 가입자망에서의 검침 성공률 분석 및 성능 평가를 진행할 수 있다.
상기 성능 평가의 대상 구간은, 에이엠아이를 구성하기 위한 통신망 중 수용가와 연결되는 가입자망 구간일 수 있다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 에이엠아이 시뮬레이터는, 에이엠아이 검침 메시지를 수집하고, 검침 메시지 전송 결과를 저장하여 에이엠아이 검침 성공률을 포함하는 시뮬레이션 결과를 출력하는 디씨유 에이전트부; 무선통신과 유선 통신 방식을 사용하는 에이엠아이 이종 셀간의 통신을 가능하게 하거나 무선 셀내에서 에이엠아이 중계기 에이전트간 라우팅 기능을 수행하는 에이엠아이 중계기 에이전트부; 에이엠아이 검침 프로토콜에 따라서 정해진 검침 주기에 따라 수용가의 전력 정보를 상기 디씨유 에이전트부로 전송하는 에이엠아이 노드 에이전트부; 및 사용자의 조작 및 시리오 정보에 따라 상기 디씨유 에이전트부와 상기 에이엠아이 중계기 에이전트부 및 상기 에이엠아이 노드 에이전트부의 동작을 관제하는 관제하는 관제 에이전트부;를 포함한다.
상기 관제 에이전트부는, 시뮬레이션의 진행에 따라 상기 디씨유 에이전트부와 상기 에이엠아이 중계기 에이전트부 및 상기 에이엠아이 노드 에이전트부에게로 동기시각을 전달하여 각 에이전트부가 정해진 동작을 수행하도록 할 수 있다.
상기 에이엠아이 노드 에이전트부는, 정해진 주기에 따라 검침 데이터를 생성하고 이를 상기 디씨유 에이전트부로 전송 모의하고, 상기 디씨유 에이전트부로부터 ACK 메시지를 받지 못하면 재전송할 수 있다.
상기 에이엠아이 중계기 에이전트부는, 거리벡터 알고리즘에 기반한 라우팅을 수행할 수 있다.
상기 에이엠아이 검침 성공률은 월간 단위 수용가 전력사용량 검침 성공률을 의미하는 정기 검침 성공률, 수용가의 전력 사용 정보에 대한 하루 단위 검침 성공률을 의미하는 일일 검침 성공률, 및 소정 시간 단위로 수집되는 수용가 검침 정보에 대한 검침 성공률을 의미하는 적시 검침 성공률을 포함할 수 있다.
상기 디씨유 에이전트부는, 상기 에이엠아이 노드 에이전트부 또는 상기 에이엠아이 중계기 에이전트부로부터 검침 메시지를 성공적으로 받으면 ACK 메시지를 전송할 수 있다.
상기 관제 에이전트부는, 시뮬레이션 시작 시간과 종료 시간을 설정하고, 시뮬레이션을 시작하게 되면 상기 에이엠아이 노드 에이전트부가 미리 설정된 시간에 전력 검침 데이터를 생성하고 전송 대기 상태로 있도록 관제하고, 시뮬레이션의 매 단위 시각마다 모든 에이엠아이 노드의 상태를 체크하여 전송 대기 중인 에이엠아이 노드와 전송 완료된 에이엠아이 노드를 구분한 후, 전송 대기중인 에이엠아이 노드에 대해서는 검침 메시지를 전송할 수 있는지 채널 상태를 체크하고, 체크 결과 아이들 상태일 때는 검침 메시지 전송을 시작하게 하고, 비지 상태일 때는 목적지 노드의 상태가 아이들일 때까지 랜덤 백오프 과정에서 전송 대기하게 할 수 있다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, AMI를 구성함에 있어서 사전에 AMI의 주요 성능(검침 성공률 등)을 사전에 평가할 수도 있도록 함으로써 효율적인 AMI 구축이 용이해질 것으로 기대된다.
기존에는 단일 통신방식 AMI에 대해서 통신 레벨 또는 DCU 이상 MDMS에 이르는 상위 네트워크 관점에서 주로 성능 평가 연구가 수행되었으나, 본 발명에서는 유선과 무선이 복합된 AMI 환경에서 AMI 통신 방식에서부터 상위단의 검침 프로토콜에 이르는 AMI NAN 환경에서의 AMI 시스템 단위의 성능 평가를 수행할 수 있도록 전용의 AMI 시뮬레이터를 제시하였다.
기존의 통신 시뮬레이션 툴은 연구 분야의 전문가가 주로 사용할 수 있음에 따라 현장 AMI NAN 구축에 활용이 제한적이었으나, 본 발명에서 제시된 AMI 시뮬레이션 방법은 실제 AMI NAN 환경 정보(위치 정보 등)를 반영하여 성능 평가를 수행하므로, 전력사의 AMI 설계담당자도 본 시뮬레이터를 통해서 사전 성능 평가가 용이하다.
본 발명에서는 국내 전력사의 AMI용으로 주로 사용되는 무선과 PLC 통신 및 네트워크 특성을 반영한 시뮬레이터에 대해서 설명하였으나, 향후 다른 통신 방식이나 네트워크/프로토콜 방식이 추가 도입될 경우에도 통신, 네트워크, 검침 프로토콜과 같은 모듈 단위로 확장이 가능하다.
도 1은 종래 AMI 전체 시스템 구조 및 통신 구간을 나타낸 도면이다.
도 2는 OFDM-DBPSK의 모의실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 DV 모드에서 BER 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 AMI 시뮬레이션을 위한 가상 채널 개념의 MAC 계층 모델을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 동기식 FSK에서 거리에 따른 BER과 FER을 구한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 라우팅 입출력 변수를 요약해 놓은 도면이다.
도 8은 노드 id 및 위치의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 값을 근거로 평면 공간상에서의 각 노드의 위치를 예시한 도면이다.
도 10은 노드간의 연결 그래프이다.
도 11은 도 10의 노드 12에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10의 노드 17에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 10의 노드 18에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 14는 새로운 채널 환경에서 구성되는 경로를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14의 노드 12에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 16은 도 14의 노드 17에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 14의 노드 18에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 18 내지 도 20은 AMI 검침 프로토콜에 따른 송수신 과정을 설명하는 시퀀스도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법이 채용되는 AMI 시뮬레이터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 22는 AMI 시뮬레이터의 시뮬레이션 시퀀스도이다.
도 23은 AMI 시뮬레이터의 환경정보 설정 테이블을 나타낸 도면이다.
도 24는 AMI 노드에 대한 환경 설정 테이블을 예시한 도면이다.
도 25는 DCU 및 AMI 중계기 노드의 2차원 공간상에서의 위치정보 설정을 예시한 도면이다.
도 26은 AMI 시뮬레이터의 관제 화면 구동을 예시한 도면이다.
도 27은 AMI 중계기 및 노드의 라우팅 테이블을 예시한 도면이다.
도 28은 AMI 시뮬레이터에 의한 AMI 성능 평가를 예시한 도면이다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 30은 AMI 성능 평가를 위한 AMI 시뮬레이터의 검침 메시지 출력 변수를 표로 요약한 도면이다.
도 2는 OFDM-DBPSK의 모의실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 DV 모드에서 BER 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 AMI 시뮬레이션을 위한 가상 채널 개념의 MAC 계층 모델을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 동기식 FSK에서 거리에 따른 BER과 FER을 구한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 라우팅 입출력 변수를 요약해 놓은 도면이다.
도 8은 노드 id 및 위치의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 값을 근거로 평면 공간상에서의 각 노드의 위치를 예시한 도면이다.
도 10은 노드간의 연결 그래프이다.
도 11은 도 10의 노드 12에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10의 노드 17에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 10의 노드 18에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 14는 새로운 채널 환경에서 구성되는 경로를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14의 노드 12에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 16은 도 14의 노드 17에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 14의 노드 18에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이다.
도 18 내지 도 20은 AMI 검침 프로토콜에 따른 송수신 과정을 설명하는 시퀀스도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법이 채용되는 AMI 시뮬레이터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 22는 AMI 시뮬레이터의 시뮬레이션 시퀀스도이다.
도 23은 AMI 시뮬레이터의 환경정보 설정 테이블을 나타낸 도면이다.
도 24는 AMI 노드에 대한 환경 설정 테이블을 예시한 도면이다.
도 25는 DCU 및 AMI 중계기 노드의 2차원 공간상에서의 위치정보 설정을 예시한 도면이다.
도 26은 AMI 시뮬레이터의 관제 화면 구동을 예시한 도면이다.
도 27은 AMI 중계기 및 노드의 라우팅 테이블을 예시한 도면이다.
도 28은 AMI 시뮬레이터에 의한 AMI 성능 평가를 예시한 도면이다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 30은 AMI 성능 평가를 위한 AMI 시뮬레이터의 검침 메시지 출력 변수를 표로 요약한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
AMI는 전기, 가스 및 수도 검침을 통칭하나, 본 발명에서는 전기에 대한 검침을 대상으로 하고 AMI 성능평가 대상 구간은 AMI NAN(즉, 가입자망) 구간이다.
이하의 본 발명의 명세서에서는 AMI NAN 구간에서 AMI 검침 시스템의 성능을 평가할 수 있는 시뮬레이터를 제시하고, 이를 통한 AMI 검침 성능을 평가하는 방법을 설명하고자 한다.
본 발명에서 목적으로 하는 AMI 성능 평가 지표는 검침 성공률을 핵심 성능 지표로 하며, 이 검침 성공률은 정기검침 성공률, 일일 검침 성공률, 및 적시 검침 성공률로 구분될 수 있다. 여기서, 정기검침 성공률은 월간 단위 수용가 전력사용량 검침 성공률을 의미하고, 일일 검침성공률은 수용가의 전력 사용 정보에 대한 하루 단위 검침 성공률을 의미하고, 적시검침 성공률은 15분 또는 1시간 단위로 수집되는 수용가 검침 정보에 대한 검침 성공률을 의미한다.
본 발명은 복합 AMI NAN 구성 및 검침 프로토콜 등을 반영한 AMI 시뮬레이터를 통해서 실제 검침 환경과 유사한 환경에서의 검침 성공률을 평가하는 것을 주 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 AMI NAN 환경에서 성능을 평가하기 위한 수단으로 제시하고자 하는 AMI 시뮬레이터는 에이전트 기반의 컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로 한다. 여기서, 에이전트 기반 시뮬레이션이라 함은 컴퓨터 시뮬레이션 방법 중의 하나이다. 에이전트 기반 시뮬레이션은 모의하고자 하는 객체(에이전트)의 특징을 잘 나타낼 수 있도록 각종 구성 요소와 현상을 물리적, 수학적 또는 논리적으로 모델링하고, 각 객체를 모델링의 산출물인 모델을 활용하여 연속적인 시간의 흐름 속에서 실제와 유사하게 실행하는 시뮬레이션 과정을 지칭한다. 이때, 이들 객체는 상호 독립적으로 동작하는 특징을 갖는다.
그리고, AMI 성능 시뮬레이션을 위해서는 AMI NAN 환경에 대해서 모델링하는 과정이 필요하다. 이를 위해, 본 발명에서 대상으로 하는 유무선 복합 AMI NAN의 기본 구성은 다음과 같다.
1) 주상 또는 지상 변압기에서부터 전기를 공급받는 적정 거리 또는 적정 수용가들에 대해서 전력선 통신 방식(PLC:Powerline Communication)을 기본 AMI 통신 방식으로 정한다.
2) 변대주(변압기가 설치된 전신주를 지칭)에는 AMI용 중계기를 설치하는 데, 이 AMI 중계기는 변대주 이하단의 저압 수용가 검침을 위한 PLC 모뎀과 AMI 중계기들을 연결하기 위한 무선 통신 모뎀로 구성된다.
3) 이들 변대주 중에 하나에 DCU가 설치되는 데, DCU는 무선 통신 방식으로 AMI 중계기와 연결된다. 또한, DCU도 변대주에 설치되므로 DCU가 설치된 변대주 이하의 저압 수용가에 대해서는 PLC 방식으로 검침 정보를 수집한다.
4) 시스템 단위 유무선 복합 AMI NAN에 대한 AMI 시뮬레이터를 위해서 다음의 총 5 단계로 AMI 시뮬레이터의 주요 요소를 구성한다.
[시스템 단위 AMI 시뮬레이터 구성 단계]
1단계 : AMI 통신 모델링 및 함수 변환
2단계 : AMI 채널 접근 모델링
3단계 : 무선 및 PLC 통신 논리 셀내에서 AMI 노드간 라우팅 기능 구현
4단계 : AMI 검침 프로토콜 구현
5단계 : 유무선 복합 AMI 환경 설정
여기서, 1 ~ 4단계는 AMI를 구성하는 모든 노드에서 동일하게 작동되어야 하는 기능이고, 5단계는 AMI 시뮬레이터가 작동하는 조건을 설정하는 것이다.
그리고, 상술한 1단계에 대해 보다 개괄적으로 설명하면 다음과 같다. 즉, 1단계의 AMI 통신 모델링 및 함수 변환에서는 AMI용 PLC와 RF의 통신 특성에 대해서 모델링이 필요하다. 이를 위해, 본 발명에서 성능 평가 대상으로 하는 PLC 통신은 ISO/IEC12139-1의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)방식을 AMI용 통신 모델로 하고, 무선 통신은 IEEE802.11.5g의 MR(multi-rate and multi-regional)-FSK 방식을 AMI용 통신 모델로 한다.
AMI NAN 환경에서는 전송 속도 및 전송 지연과 같은 일반적인 통신 성능 지표보다 통신 성공률이 보다 중요한 성능 지표이므로 가장 안정적인 통신 모드를 적용하여 성능 평가를 수행해야 한다. 이를 위해, OFDM-DPSK 변조방식의 BER 성능을 컴퓨터 모의실험을 통하여 분석한다. 이때, PLC의 채널 특성이 크게 열화되는 경우 PLC에서는 소수의 정보 비트에 대하여 강력한 FEC와 반복전송을 적용하여 오류율을 감소시키는 DV(diversity) 모드를 적용한다. 이에 대한 모의실험도 수행하여 BER(bit error rate) 모델 함수로 구축한다.
또한, IEEE802.11.5g의 MR-FSK를 컴퓨터로 모의 실험하여 MR-FSK에 대해서도 BER 모델 함수를 구축한다.
그리고, 상술한 2단계에 대해 보다 개괄적으로 설명하면 다음과 같다. 상술한 PLC와 RF 통신 표준에서는 통신 채널에 접근하는 통신 프로토콜에 대해서 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 프로토콜을 채택하고 있으므로 본 발명에서는 CSMA/CA에 기반한 채널 접근 모델을 구현한다.
AMI 시뮬레이터에서는 실제 통신 채널이 존재하지 않는 관계로 통신 신호를 감지할 수 없다. 그에 따라, 통신 채널을 점유하고 있는 것을 시뮬레이터 상에서 동일 셀상의 모든 AMI 노드가 인지하도록 하는 기능과 채널이 어떤 AMI 노드에 의해서 이미 점유되고 있는 경우 전송을 사용하고자 하는 AMI 노드가 채널 점유를 위한 과정(Random back-off processing)을 통해 CSMA/CA 프로토콜을 시뮬레이터 상에서 모의하도록 한다.
그리고, 상술한 3단계에 대해 보다 개괄적으로 설명하면 다음과 같다. AMI NAN 환경에서 통신 성능 및 통신 가능한 범위를 확장하기 위한 방안으로 같은 셀(논리적으로 상호 통신이 가능한 로컬망)에서 송신 AMI 노드와 수신 AMI 노드간의 전달 경로를 통신 환경에 따라 설정해주는 라우팅을 구현하기 위한 방법으로 FER(frame error rate)를 라우팅 성능 메트릭(metric)으로 사용하여 각 노드들 간의 최적 경로를 찾아 망을 구성하고 이를 AMI 시뮬레이터에서 호출할 수 있도록 함수 형태로 구성한다.
그리고, 상술한 4단계에 대해 보다 개괄적으로 설명하면 다음과 같다. AMI NAN환경에서 시스템 단위 AMI 시뮬레이션하기 위해서 AMI 검침 프로토콜을 모의해야 한다.
AMI 시뮬레이터에서의 AMI 검침 프로토콜 모의는 주요 성능 평가 지표인 정기 검침, 일간 검침, 적시 검침에 해당되는 프로토콜만 모의하도록 한다. 이를 위해서, AMI 시뮬레이터에서는 검침 프로토콜에 따라 송수신되는 프레임의 패킷 크기와 송수신 시퀀스를 구현하도록 한다.
AMI 시뮬레이터는 AMI 검침 송수신에서의 검침 성공 여부를 보는 것이 목적이다. 그에 따라, AMI 시뮬레이터는 AMI 검침 프로토콜의 패킷 프레임 내부 구조에 대해서 관여하지 않고 프로토콜상의 송수신 단계에서 전송되는 패킷의 사이즈에 대해서만 반영하도록 한다.
그리고, 상술한 5단계에 대해 보다 개괄적으로 설명하면 다음과 같다. AMI 통신에서 AMI 검침 프로토콜 모의까지가 AMI 노드단위에서 수행되는 과정이라면 유무선 복합 AMI 환경 설정은 AMI NAN 환경에서 전체 AMI 노드에 대한 설정 부분이다.
변대주 이하 AMI수용가에 대해서 PLC 통신 환경 설정은 AMI 노드 수, AMI 노드의 위치 정보(2차원 공간에서의 위치 정보로 표현). AMI 노드 주변 환경 분류(주택지역, 상가지역, 공장지역, 농촌지역 등)에 따른 PLC 통신 환경 반영이 환경 설정에 대한 영역이다.
PLC 통신 환경은 수용가의 전기 부하에 따른 영향을 크게 받으므로, AMI 시뮬레이터에서는 주변 환경 분류에 대한 수용가 전력 패턴 통계 정보(수용가별/시간대별/요일별 전력 부하 패턴)를 사용하여 PLC 통신 환경에 대한 가중치를 생성하도록 한다.
DCU를 포함한 AMI 중계기들 간의 무선 통신 환경 설정은 AMI 중계기의 위치 정보, 중계기와 중계기간 LOS(Line of Sight) 및 NLOS(Non LOS)여부에 대한 정보 및 무선 통신 주변 환경 정보를 설정하도록 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 OFDM-DBPSK의 모의실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 3은 DV 모드에서 BER 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 4는 AMI 시뮬레이션을 위한 가상 채널 개념의 MAC 계층 모델을 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 동기식 FSK에서 거리에 따른 BER과 FER을 구한 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 라우팅 입출력 변수를 요약해 놓은 도면이고, 도 8은 노드 id 및 위치의 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 값을 근거로 평면 공간상에서의 각 노드의 위치를 예시한 도면이고, 도 10은 노드간의 연결 그래프이고, 도 11은 도 10의 노드 12에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 10의 노드 17에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 10의 노드 18에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이고, 도 14는 새로운 채널 환경에서 구성되는 경로를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 15는 도 14의 노드 12에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이고, 도 16은 도 14의 노드 17에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이고, 도 17은 도 14의 노드 18에서 노드 11로 가는 최적 경로를 나타낸 도면이고, 도 18 내지 도 20은 AMI 검침 프로토콜에 따른 송수신 과정을 설명하는 시퀀스도이다.
상술한 시스템 단위 AMI 시뮬레이터의 주요 요소에 대한 모델링 과정에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
1) AMI 통신 모델링 및 송수신 모의 함수 설명
IEEE802.11.5g의 MR-FSK 모델링은 가우시안 필터를 사용한 Filtered FSK인 GFSK의 변복조 및 채널을 구현한 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램으로서, 매트랩으로 신호대 잡음비를 다양하게 인가하여 오류 확률 성능을 구하는 프로그램을 구현한다.
ISO/IEC12139-1 PLC 모델링은 OFDM의 각 톤에 DBPSK를 적용하여 모의실험한 결과로부터 이론적인 결과와 잘 일치하는 모의실험 결과를 얻는다. 즉, 도 2에서와 같이 DBPSK 변복조에 대한 모의 함수 특성이 이론과 같음을 보여준다.
여기에 PLC 통신의 경우 잡음의 영향을 많이 받기 때문에 잡음으로 인한 통신 에러를 보정하기 위해 FEC(Forward Error Correction)과 AMI 통신 환경을 감안해서 통신 안정성을 높이기 위한 Diversity 맵핑을 적용하였다. 이에 대한 결과로서 도 3에서와 같이 x축의 잡음 세기 대비 y축의 에러율(bit error rate)이 낮아지게 된다.
2) AMI 채널 접근 모델링 동작 설명
상술한 바와 같이 AMI 무선 및 PLC 채널 접근 모델링은 CSMA/CA에 기반한 프로토콜이다. 따라서, 본 발명에서의 AMI 시뮬레이터에서는 통신 채널 접근을 관리하기 위해, 도 4에서와 같이 채널 접근 관리 에이전트(CAM:Channel Access Management, 이하 CAM이라고 약함)라는 가상의 관리 에이전트를 설정하여 AMI 셀단위에서 송신을 하고자 하는 모든 AMI 노드는 CAM에 송신 가능 여부를 문의하도록 한다. 셀내의 다른 AMI 노드가 송신 시도가 없는 경우 송신이 가능한데, 이때 해당 AMI 노드는 송신할 데이터 크기를 CAM에 메시지로 통지하여 CAM이 해당 데이터 송신에 필요한 시간만큼 시간을 할당하도록 한다. 즉, 이 시간 동안에는 다른 AMI 노드가 CAM에 송신 요구 메시지를 할 경우에 송신 불가 메시지를 회신하고, 송신을 시도한 AMI 노드는 충돌회피를 위한 랜덤 백오프 프로세싱(random back-off processing) 과정을 수행한다.
3) 동일 AMI 셀내에서의 AMI 노드간 라우팅 기능 설명
AMI 노드간 라우팅 방법으로 거리벡터 알고리즘에 기반한 라우팅을 구현하였는데, 거리벡터(distance vector: DV) 알고리즘은 분산적, 비동기적, 및 반복적인 특성을 가진다. 거리벡터 알고리즘에서 노드 x에서 y까지의 최소비용 경로를 
라 할 때, 최소비용은 다음과 같이 구해진다.
여기서, v는 노드 x와 연결된 모든 이웃을 나타낸다. 이러한 최소비용 값을 찾기 위하여 거리벡터 알고리즘에서는 반복적인 방법을 이용한다.
경로 손실
모델링
(
AMI
무선 통신 경우)
AMI 환경에서 적용되는 MR-FSK는 전송율 50kbps, 대역폭은 200kHZ이다. C/N(carrier to noise ratio)와 
의 관계는 다음과 같다.
이를 dB 단위로 표현하면 다음과 같다.
그리고, 잡음의 전력 N은 다음 식에서 구할 수 있다.
여기서, k는 Boltzmann 상수로 
이고, T는 Kelvin 단위의 절대온도, B는 수신기 대역폭이다. MR-FSK에서 
이다. 따라서, 잡음의 전력은 다음과 같다.
그러므로 다음의 관계를 얻는다.
여기서, C는 수신기에서 얻은 신호의 전력을 dBm 단위로 표현한 것이다. 한편, 자유 공간에서 전송경로 거리에 따른 손실은 다음과 같다.
여기서, f, 
,은 각각 반송파 주파수, 수신전력, 송신전력, 송신기 이득, 수신기 이득이다. 그리고, β는 감쇄상수로 자유공간에서 β=2이다. 위의 식에서 송신기에서 1m 떨어진 곳의 수신전력을 P0(mW)라 하면 d(m) 떨어진 곳의 전력은 다음과 같이 표현된다.
여기에 상용로그를 취하고 10을 곱하면 다음과 같다.
P0를 dBm 단위로 표현하면 다음의 관계를 얻는다.
따라서, 송신기에서 d큼 떨어진 곳의 
은 
과 같으므로, 경로손실이 발생한 수신기에서 
는 다음과 같다.
한편, BER이 결정되면, FER(frame error rate)은 다음과 같이 얻을 수 있다.
여기서, 
는 BER, 
는 FER, L은 프레임의 길이이다.
이와 같은 관계를 이용하여 동기식 FSK에서 거리에 따른 BER과 FER을 구한 결과는 도 5 및 도 6과 같다. 도 5 및 도 6에서, 편의상 P0 = -70으로 설정하였다.
도 5에서와 같이 그림에서 β가 2인 경우는 거리에 따른 감쇄가 완만함을 알 수 있다. 실제 우주 공간이 아닌 실생활 공간에서 β는 2보다 큰 값을 가진다. 도 6은 감쇄상수 β=2.6으로 설정한 경우의 결과로, 거리에 따라 감쇄가 크게 발생함을 알 수 있다.
경로 손실
모델링
(PLC 통신 경우)
전력선 통신 채널의 전달함수는 다음과 같이 모델링될 수 있다.
여기서, 
(d i 는 I번째 경로의 길이, v p 는 전송전로내의 전파 속도)이고, 
는 감쇠 팩터(attenuation factor) α로 다음과 같이 근사화된다.
다음, attenuation을 길이에 따라 dB 단위로 구한다.
상기 식을 기본 모델로 하여, 채널 상태를 나타내는 파라메터에 따라 수신신호대 잡음비를 저하시켜 에러율 증가를 초래하게 한다. 그리고, 긴 거리의 전력선을 통하여 송수신이 이루어지는 경우, 전력선의 분기수도 길이에 따라 증가할 가능성이 높으므로 채널의 열화 정도를 더욱 증가할 수 있다. 따라서, 거리에 따라 열화 정도의 가중치를 주는 옵션도 시뮬레이터에 포함하였다.
경로손실
모델링에
의한 라우팅 및 라우팅 모의시험 예시
모델링에 따른 라우팅을 위해서는 도 7과 같은 AMI 노드에 대한 환경 및 입출력 정보가 필요하다.
실제 id, xPos, yPos의 입력으로 도 8의 값을 주고, para1=0, para2=1, para3(·,·)=0, para4=-70, para5=100으로 설정한 경우의 실험 결과를 도 9 내지 도 13으로 보여준다.
다음에는 채널의 상태가 바뀌게 되는 경우, 라우팅이 어떻게 변화되는가 관찰하도록 한다. 입력 파라메터 값들 가운데 위치는 이전의 경우와 동일하게 하고, para1, para2, para4, para5의 값도 동일하게 설정한다. 대신, 채널의 상태를 결정하는 파라메터 para3의 행렬에서 para3(8,10)=para3(10,8)=1로 설정하였다. 나머지 para3의 값들은 그대로 0이다. 이러한 파라메터의 입력은 노드 id 18(8번째 노드)과 id 3(10번째 노드) 사이의 전파 경로에 장애물이 있어 NLOS 환경으로 변화됨을 반영한 것이다.
전파가 건축물을 투과할 때 약 11.6dB의 감쇄가 발생한다. 송신 신호가 노드 id 18에서 노드 id 3으로 갈 때, 수신 신호에는 경로에 의한 감쇠에 추가하여 11.6dB의 추가 감쇠가 있다.
도 14에는 새로운 채널 환경에서 구성되는 경로를 그래프로 표시하였다. 이 결과는 앞의 결과와는 다르다는 것을 관찰할 수 있다. 특히, 도 10에는 노드 18에서 노드 3으로 가는 링크가 매우 양호한 상태로 존재하였으나, 도 14에는 장애물로 인하여 노드 18과 노드 3의 링크가 끊어져 있음을 관찰할 수 있다. 도 15에서 도 17까지에는 노드 12, 17, 18에서 목적 노드 11을 찾아가는 최적의 경로를 보였다. 앞의 도 11에서 도 13까지와 비교하면, 달라진 노드 간의 연결로 인하여 경로가 다르게 형성되고 있음을 볼 수 있다. 그러나, 달라진 채널환경에서 새로 구성된 경로는 다른 어떤 경로보다 작은 매트릭(metric)을 가지는 최적 경로로 설정이 되었음을 관찰할 수 있다.
4) AMI 검침 프로토콜 모의 동작 설명
AMI 검침 프로토콜에 따른 데이터 송수신 과정은 크게 AMI 노드에서 검침을 완료하여 검침 메시지를 만들고 전송 준비하는 과정과 AMI 노드에서 DCU로 검침 메시지를 전송하기 위해 라우팅 테이블에 따라 인접 노드로 전송, 다른 통신방식을 사용하는 두 노드의 중간 역할을 하는 AMI 중계기를 통해 검침 메시지를 전송하는 것으로 나눌 수 있다. 이들의 과정에 대해 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한다.
예를 들어, 검침 데이터 생성 및 인접 노드에 전송하는 과정은 도 18에서와 같이, Node 2에서 검침 데이터를 생성하고 DCU로 전송하기 위해 인접노드 Node 1에 전송 준비를 한다. 이때, Node 2는 Node 1의 채널 상태를 체크하여 아이들(Idle) 상태일 때 검침 메시지를 전송한다.
예를 들어, CAM 상태에 따른 랜덤 백오프 프로세싱 과정은 도 19에서와 같이, Node 1이 Node 2가 아닌 다른 노드와 통신 중일 경우 Node 2는 충돌을 피하기 위해 Node 1의 상태가 아이들(Idle)이 될 때까지 랜덤 백오프 프로세싱(Random-Backoff Processing)을 수행하게 된다.
예를 들어, 다른 통신방식을 사용하는 두 노드의 중간 역할을 하는 AMI 중계기를 통해 검침 메시지를 전송하는 과정은 도 20에서와 같이, 리피터(Repeater)는 Node1에게 검침 메시지를 전송하기 위해 메시지의 Header/Tail Packet을 재구성한다. 이때, 리피터는 CAM의 상태를 체크하여 비지(Busy)일 경우 랜덤 백오프 프로세싱(Random-Backoff Processing)하여 아이들(Idle)일 때 검침 메시지를 노드 1에게로 전송한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법이 채용되는 AMI 시뮬레이터의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법이 채용되는 AMI 시뮬레이터(100)는, 관제 에이전트부(10), DCU 에이전트부(20), AMI 중계기 에이전트부(30), AMI 노드 에이전트부(40), 및 채널 에이전트부(50)를 포함한다.
관제 에이전트부(10)는 AMI 성능을 평가하고자 하는 사용자의 조작 및 시나리오 정보에 따라 AMI 시뮬레이터(10)(즉, DCU 에이전트부(20), AMI 중계기 에이전트부(30), AMI 노드 에이전트부(40), 채널 에이전트부(50))의 동작을 관제한다.
그리고, 관제 에이전트부(10)는 시뮬레이션의 진행에 따라 DCU 에이전트부(20), AMI 중계기 에이전트부(30), 및 AMI 노드 에이전트부(40)에게로 동기시각을 전달하여 각 에이전트부가 정해진 동작을 수행할 수 있도록 한다.
DCU 에이전트부(20)는 DCU 장치를 모의하는 에이전트이다. DCU 에이전트부(20)는 AMI 검침 메시지를 수집하고, 수신 결과에 따른 ACK 메시지를 전송하는 역할을 한다.
또한, DCU 에이전트부(20)는 검침 메시지 전송 결과를 저장하여 시뮬레이션 결과(AMI 검침 성공률 등을 포함)를 출력하도록 한다.
AMI 중계기 에이전트부(30)는 AMI 중계기를 모의하는 에이전트이다. AMI 중계기 에이전트부(30)는 무선통신과 유선 통신 방식을 사용하는 AMI 이종 셀간의 통신을 가능하게 하거나 무선 셀내에서 AMI 중계기 에이전트간 라우팅(즉, 거리벡터 알고리즘에 기반한 라우팅) 기능을 수행한다.
AMI 노드 에이전트부(40)는 AMI 검침 프로토콜에 따라서 정해진 검침 주기에 따라 수용가의 전력 정보를 DCU 에이전트부(20)로 전송하는 AMI 노드의 역할을 담당하는 에이전트이다. AMI 노드 에이전트부(40)는 정해진 주기에 따라 검침 데이터를 생성하고 이를 DCU 에이전트부(20)로 전송 모의하고 DCU 에이전트부(20)로부터 ACK 메시지를 받지 못하면 재전송하는 기능을 수행한다.
여기서, AMI 노드 에이전트부(40)는 하나 이상 구성될 수 있다.
채널 에이전트부(50)는 DCU 에이전트부(20)와 AMI 중계기 에이전트부(30) 및 AMI 노드 에이전트부(40)를 연결하는 부분을 시뮬레이션한다.
이어, 상술한 구성의 AMI 시뮬레이터(100)의 시뮬레이션 시퀀스에 대해 도 22를 참조하여 설명한다.
먼저, 관제 에이전트부(10)에서 시뮬레이션 시작 시간(Tstart)과 종료 시간(Tend)을 설정(S10)하고 시뮬레이션을 시작(S12)하게 되면 각각의 AMI 노드 에이전트부(40)는 미리 설정된 시간에 전력 검침 데이터를 생성하고 전송 대기 상태로 바꾼다(S14).
관제 에이전트부(10)는 시뮬레이션의 매 단위 시각마다 모든 AMI 노드의 상태를 체크(S18)하여 전송 대기 중인 AMI 노드와 전송 완료된 AMI 노드를 구분한다.
그리고 나서, 관제 에이전트부(10)는 전송 대기중인 AMI 노드에 대해서는 해당 노드에서는 채널 관제 기능을 통해서 검침 메시지를 전송할 수 있는지 채널 상태를 체크하여 아이들(Idle) 상태일 때 검침 메시지 전송을 시작하게 하고(S20), 비지(Busy) 상태일 때는 목적지 노드의 상태가 아이들(Idle)일 때까지 랜덤 백오프(random back-off) 과정에서 전송 대기하게 한다(S22).
전송이 완료된 AMI 노드 에이전트부(40)에서는 해당 검침 메시지의 전송 성공/실패를 해당 통신 채널 함수를 호출(S24)하여 통신 환경에 따라 확률적으로 성공 여부를 회신받게 된다. 성공인 경우에는 AMI 노드 에이전트부(40)는 검침 메시지를 목적지 노드로 이동시키고 상태를 전송 대기로 변경한다(S26). 전송 실패일 경우에는 AMI 노드 에이전트부(40)는 해당 검침 메시지를 폐기하게 되며 해당 노드를 아이들(Idle)로 변경한다(S28).
DCU 에이전트부(20)에서는 AMI 노드 에이전트부(40) 또는 AMI 중계기 에이전트부(30)로부터 검침 메시지를 성공적으로 받으면 ACK 메시지를 전송하게 된다. 검침 메시지를 전송한 노드가 DCU 에이전트부(20)로부터 ACK 메시지를 일정시간 동안 받지 못하면 재전송을 하게 된다. 재전송 횟수는 사용자에 위해서 설정될 수 있다.
이하에서는, 시스템 단위 AMI 시뮬레이터 기반 AMI NAN에서의 성능 평가를 예시적으로 설명한다. 도 23은 AMI 시뮬레이터의 환경정보 설정 테이블을 나타낸 도면이고, 도 24는 AMI 노드에 대한 환경 설정 테이블을 예시한 도면이고, 도 25는 DCU 및 AMI 중계기 노드의 2차원 공간상에서의 위치정보 설정을 예시한 도면이고, 도 26은 AMI 시뮬레이터의 관제 화면 구동을 예시한 도면이고, 도 27은 AMI 중계기 및 노드의 라우팅 테이블을 예시한 도면이고, 도 28은 AMI 시뮬레이터에 의한 AMI 성능 평가를 예시한 도면이다.
AMI 시뮬레이터(100)는 먼저 시뮬레이션 환경정보를 구성하고, 이에 따라 시뮬레이션을 진행하여 결과를 출력하는 순서로 진행하게 된다. 도 23은 AMI 시뮬레이터의 환경정보를 구성하기 위한 항목인데, 시뮬레이터 작동 환경에 관련된 함수로서 DCU 에이전트부(20), AMI 중계기 에이전트부(30), AMI 노드 에이전트부(40)에 공통으로 적용될 수 있다. 도 23에서, type의 2번째 항목인 ‘type’이 이 노드가 DCU인지, 중계기인지, Node인지를 구분하는 구분자이다.
도 23의 항목에 따라 500개의 노드와 15개의 리피터, 1개의 DCU로 구성된 AMI 환경을 도 24 및 도 25에서와 같이 구성하였다. 즉, 도 24 및 도 25에서와 같이, 가운데(500, 500)에 DCU(1번 노드)가 있고 양쪽으로 AMI 중계기가 약 70m 간격으로 나열되어 있고 DCU와 AMI 중계기간 무선 통신을 사용한다. 각 AMI 중계기는 변대주에 설치되는 데, 변대주에는 약 30-40개의 AMI 노드가 변대주를 중심으로 25m 사이에 랜덤으로 분포되어 있고 통신은 PLC를 사용한다.
AMI 환경정보를 바탕으로 AMI 시뮬레이터(100)를 구동하여 검침 성공률에 대한 성능 평가 시뮬레이션을 수행하는데, AMI 시뮬레이터(100)는 도 26에 예시한 바와 같은 관제 화면을 디스플레이할 수 있다.
그리고, AMI 시뮬레이션 진행에 따른 AMI 중계기 및 AMI 노드의 라우팅 정보는 도 27에서와 같은 라우팅 테이블의 형태로 디스플레이될 수 있다.
또한, 시뮬레이션 진행 중 검침 성공률을 확인할 수 있는 운영결과는 도 28과 같은 화면으로 디스플레이될 수 있다. 이와 같은 방식으로 유무선통신이 복합된 AMI 환경에서 에이전트 기반의 시스템 단위 AMI 전용 시뮬레이터를 구축하여, AMI를 구성하는 주요 설비들의 설치 위치 및 노드간 거리, 통신 방식, 셀간 라우팅, 검침 프로토콜 송수신 과정을 감안한 시스템 단위 AMI 성능 평가를 수행하도록 한다.
이와 같은 시스템 단위 AMI 시뮬레이터를 통해서 AMI를 실제 설치하기 전에 해당 지역에 대한 주요 구성 요소 및 환경 정보를 반영하여 AMI 성능 평가를 사전에 수행함으로써 전력 사업자가 원하는 성능의 AMI를 구성할 수 있도록 지원이 가능할 것으로 기대된다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
실제 검침 환경과 유사한 환경에서의 검침 성공률을 평가하는 것을 주목적으로 하는 AMI 시뮬레이터는 도 29와 같은 시퀀스를 통해 성능 평가를 진행한다.
먼저, 성능 평가를 진행할 AMI 환경을 구성하고 이에 따른 시뮬레이터 환경 설정을 하여 시뮬레이션을 시작(진행)한다(S100, S110).
시뮬레이션이 시작되면, AMI 노드에서 생성한 검침 메시지가 DCU 까지 라우팅 테이블에 따라 전송되는 경로와 시간, 전송 실패와 그에 따른 재전송 횟수 등을 기록하는 검침 메시지 출력 변수, 및 DCU에서 수집된 메시지의 검침 성공률 등을 확인하면서 시뮬레이션을 진행한다(S120, S130). 다시 말해서, 시뮬레이션을 진행하게 되면 DCU 에이전트부(20)는 관제 에이전트부(10)의 제어에 따라 우선, 라우팅 테이블에 따른 검침 메시지 전송 모의를 하게 된다. 이에 의해, 시뮬레이션중 검침 메시지 전송 실패 기록을 확인할 수 있다. 그리고 나서, DCU 에이전트부(20)는 검침 메시지(즉, AMI 검침 메시지)를 수집하게 된다. 이에 의해, 시뮬레이션중 검침 메시지 전송 실패 기록을 확인할 수 있고, AMI 노드별, NAN(가입자망)에서의 검침 성공률을 확인할 수 있다.
이후, 시뮬레이션이 완료되면(S140) 시뮬레이션 결과를 분석하여 성능 평가를 진행하게 된다(S150). 즉, 상술한 단계 S150에서는, 검침 메시지 전송 실패 기록, 검침 메시지 DCU 수집 기록, AMI 노드별, NAN(가입자망)에서의 검침 성공률 분석 및 성능 평가를 진행할 수 있다.
도 30은 AMI 성능 평가를 위한 AMI 시뮬레이터의 검침 메시지 출력 변수를 표로 요약한 도면이다.
AMI 시뮬레이터는 AMI 노드에서 생성된 검침 데이터가 라우팅 결과를 통해 DCU까지 전송되는 경로의 아이디, 시간, 헤더 및 테일 패킷 크기 등을 출력하여 검침 메시지의 경로 및 시간 등을 분석할 수 있다.
이와 같은 분석에 의하면, AMI 시뮬레이터는 어떤 구간에서 통신이 지연되는지, 어떤 구간이 거리가 멀어 중간에 AMI 중계기를 설치해야 하는지 등을 파악할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 관제 에이전트부
20 : DCU 에이전트부
30 : AMI 중계기 에이전트부
40 : AMI 노드 에이전트부
50 : 채널 에이전트부
100 : AMI 시뮬레이터
20 : DCU 에이전트부
30 : AMI 중계기 에이전트부
40 : AMI 노드 에이전트부
50 : 채널 에이전트부
100 : AMI 시뮬레이터
Claims (13)
- 에이엠아이 검침 메시지를 수집하고, 검침 메시지 전송 결과를 저장하여 에이엠아이 검침 성공률을 포함하는 시뮬레이션 결과를 출력하는 디씨유 에이전트부;
무선통신과 유선 통신 방식을 사용하는 에이엠아이 이종 셀간의 통신을 가능하게 하거나 무선 셀내에서 에이엠아이 중계기 에이전트간 라우팅 기능을 수행하는 에이엠아이 중계기 에이전트부;
에이엠아이 검침 프로토콜에 따라서 정해진 검침 주기에 따라 수용가의 전력 정보를 상기 디씨유 에이전트부로 전송하는 에이엠아이 노드 에이전트부; 및
사용자의 조작 및 시리오 정보에 따라 상기 디씨유 에이전트부와 상기 에이엠아이 중계기 에이전트부 및 상기 에이엠아이 노드 에이전트부의 동작을 관제하는 관제하는 관제 에이전트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 청구항 1에 있어서,
상기 관제 에이전트부는,
시뮬레이션의 진행에 따라 상기 디씨유 에이전트부와 상기 에이엠아이 중계기 에이전트부 및 상기 에이엠아이 노드 에이전트부에게로 동기시각을 전달하여 각 에이전트부가 정해진 동작을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 청구항 1에 있어서,
상기 에이엠아이 노드 에이전트부는,
정해진 주기에 따라 검침 데이터를 생성하고 이를 상기 디씨유 에이전트부로 전송 모의하고, 상기 디씨유 에이전트부로부터 ACK 메시지를 받지 못하면 재전송하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 청구항 1에 있어서,
상기 에이엠아이 중계기 에이전트부는,
거리벡터 알고리즘에 기반한 라우팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 청구항 1에 있어서,
상기 에이엠아이 검침 성공률은 월간 단위 수용가 전력사용량 검침 성공률을 의미하는 정기 검침 성공률, 수용가의 전력 사용 정보에 대한 하루 단위 검침 성공률을 의미하는 일일 검침 성공률, 및 소정 시간 단위로 수집되는 수용가 검침 정보에 대한 검침 성공률을 의미하는 적시 검침 성공률을 포함하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 청구항 1에 있어서,
상기 디씨유 에이전트부는,
상기 에이엠아이 노드 에이전트부 또는 상기 에이엠아이 중계기 에이전트부로부터 검침 메시지를 성공적으로 받으면 ACK 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 청구항 1에 있어서,
상기 관제 에이전트부는,
시뮬레이션 시작 시간과 종료 시간을 설정하고,
시뮬레이션을 시작하게 되면 상기 에이엠아이 노드 에이전트부가 미리 설정된 시간에 전력 검침 데이터를 생성하고 전송 대기 상태로 있도록 관제하고,
시뮬레이션의 매 단위 시각마다 모든 에이엠아이 노드의 상태를 체크하여 전송 대기 중인 에이엠아이 노드와 전송 완료된 에이엠아이 노드를 구분한 후, 전송 대기중인 에이엠아이 노드에 대해서는 검침 메시지를 전송할 수 있는지 채널 상태를 체크하고,
체크 결과 아이들 상태일 때는 검침 메시지 전송을 시작하게 하고, 비지 상태일 때는 목적지 노드의 상태가 아이들일 때까지 랜덤 백오프 과정에서 전송 대기하게 하는 것을 특징으로 하는 에이엠아이 시뮬레이터. - 에이엠아이 시뮬레이터가, 유선 및 무선 통신을 복합적으로 사용하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가를 수행하는 방법으로서,
상기 성능 평가를 진행할 에이엠아이 환경을 구성하고 이에 따른 시뮬레이터 환경 설정을 하여 시뮬레이션을 시작하는 단계;
상기 시뮬레이션이 시작됨에 따라 검침 메시지 출력 변수 및 검침 성공률을 확인하면서 시뮬레이션을 진행하는 단계; 및
상기 시뮬레이션이 완료되면 시뮬레이션 결과를 분석하여 성능 평가를 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 검침 메시지 출력 변수는,
에이엠아이 노드에서 생성한 검침 메시지가 디씨유까지 라우팅 테이블에 따라 전송되는 경로와 시간, 전송 실패와 그에 따른 재전송 횟수를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 검침 성공률은 상기 디씨유에서 수집된 메시지의 검침 성공률을 의미하고,
상기 검침 성공률은 월간 단위 수용가 전력사용량 검침 성공률을 의미하는 정기 검침 성공률, 수용가의 전력 사용 정보에 대한 하루 단위 검침 성공률을 의미하는 일일 검침 성공률, 및 소정 시간 단위로 수집되는 수용가 검침 정보에 대한 검침 성공률을 의미하는 적시 검침 성공률을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 시뮬레이션을 진행하는 단계는,
라우팅 테이블에 따른 검침 메시지 전송 모의를 하여 시뮬레이션중 검침 메시지 전송 실패 기록을 확인하는 단계; 및
검침 메시지를 수집하여 시뮬레이션중 검침 메시지 전송 실패 기록 확인 및 에이엠아이 노드별, 가입자망에서의 검침 성공률을 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 성능 평가를 진행하는 단계는,
검침 메시지 전송 실패 기록, 검침 메시지 디씨유 수집 기록, 에이엠아이 노드별, 가입자망에서의 검침 성공률 분석 및 성능 평가를 진행하는 것을 특징으로 하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 성능 평가의 대상 구간은,
에이엠아이를 구성하기 위한 통신망 중 수용가와 연결되는 가입자망 구간인 것을 특징으로 하는 혼복합 통신 구조를 갖는 에이엠아이 시스템의 성능 평가 방법.
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| KR102678259B1 (ko) * | 2022-12-21 | 2024-06-24 | 한전케이디엔주식회사 | 시나리오 기반의 ami 설비 성능시험장치 및 그 방법 |
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2016
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